DE7818415U1

DE7818415U1 - Elastisches Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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Description

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Anmelder: Dipl.-Ing. Raoul Jörn, 899 2 Hengnau

Elastisches Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Neuerung betrifft ein elastisches Motorlager, insbe- 'j

sondere für Kraftfahrzeuge, bei dem zwei oder mehr gegen- \ einander bewegliche Metallteile durch einen oder mehrere 1

auf Schub und/oder Druck beanspruchte Gummikörper miteinander verbunden sind.

Es ist üblich, die Antriebsmotoren von Kraft- und Schienenfahrzeugen sowie von Schiffen auf Gummi-Metall-Elementen elastisch zu lagern. Die Federkennungen der elastischen Elemente werden in den Richtungen der erregten Schiebe- und Drehschwingungen nach den Gesetzen der Schwingungslehre so ausgelegt, daß sie eine Weiterleitung der vom Motor erregten Schwingungen auf den Fahrzeugkörper weitgehend verhindern. Hierzu sind besonders weiche Federkennungen erforderlich, welche Eigenschwingungen mit niedrigen, möglichst unter den Erregerfrequenzen liegenden Frequenzen zur Folge haben.

Bei derartigen schwingungsisolierenden Gummi-Metall-Motorlagern, die den Motor mit dem Fahrzeugkörper verbinden, wird

der Gummi durch die auftretenden Schwingungskräfte meist auf Schub oder Schub und Druck beansprucht. Die verwendeten Gummimischungen müssen hochelastisch sein, weil nur diese unter statischen und dynamischen Kräften keine wesentlichen plastischen Verformungen oder Veränderungen der Motorkennung bei höheren Belastungsfrequenzen zeigen. Sie besitzen nur eine geringe Dämpfung.

Die erforderliche hohe Elastizität der üblichen Motorlager hat aber den Nachteil, daß eine durch einzelne von außen kommende Stöße erregte Schwingung der Motormasse längere Zeit anhält und nur langsam abklingt. Dies ist beispielsweise bei Fahrstößen infolge von Schlaglöchern oder kurz aufeinanderfolgenden Fahrbahnunebenheiten, sog. Waschbrettern, der Fall und ist besonders unangenehm, wenn die Federkennung sehr weich ist, so daß die durch Fahrbahnstöße erregte Eigenschwingung des Motors große Amplituden hat. Die Eigenschwingung der relativ großen Motormasse regt den ganzen Fahrzeugkörper zu Schwingungen an. Es ist daher erwünscht, zur schwingungsisolierenden elastischen Lagerung ein dämpfendes Element hinzuzufügen, das solche fremderregten Eigenschwingungen dämpft, d.h. schnell abklingen läßt.

Man hat versucht, für Gummi-Metall-Lagerelernente stark dämpfende Gummi- oder Kunstkautschuk-Mischungen zu verwenden. Da diese aber nicht ausreichend elastisch sind, bringen sie

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keine Schwingungsisolierung. Weil ferner ihre Kriech- und Setzwerte zu hoch sind, verformen sich Lagerelemente aus stark dämpfenden Mischungen plastisch unter den im Betrieb auftretenden statischen und dynamischen Kräften.

Man bringt daher bei Kraftfahrzeugen mit höherem Fahrkomfort Schwingungsdämpfer, z.B. Flüssigkeitsdämpfer, unter dem Motor in Parallelschaltung zum Gummi-Metall-Element an. Diese Problemlösung ist zwar wirksam, aber aufwendig. Sie erfordert beträchtlichen Einbauraum. Es werden auch Flüssigkeitsdämpfer direkt in das Gummi-Metall-Element integriert, das dementsprechend umfangreich und teuer wird. Außerdem ist der Flüssigkeitsdämpfer Verschleiß ausgesetzt und verliert mit der Zeit an Wirksamkeit. Schließlich dämpft er nur Schwingungen, die in Richtung seiner Achse verlaufen und bildet eine unerwünschte Geräuschbrücke.

Aufgabenstellung der vorliegenden Neuerung ist es, ein elastisches Motorlager mit Dämpfung zu schaffen, das wenig Aufwand und Kosten erfordert, platzsparend, dauerhaft und völlig wartungsfrei ist und das keine Geräusche überträgt. Sie sieht dazu ein elastisches Motorlager der anfangs beschriebenen Art vor, und das Neue besteht darin, daß der aus hochelastischem dämpfungsarmen Kautschuk bestehende Gummikörper eine oder mehrere annähernd lotrecht zu den begrenzenden Metallteilen verlaufende Aussparungen besitzt, die durch Körper aus einem

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gummiähnlichen Werkstoff von hoher Däjnpfung ausgefüllt sind. Auf diese Weise wird zu dem schwingungsisolierenden, aus dem hochelastischen Gummikörper gebildeten Federelement ein Damp

S fungselement hinzugeschaltet, das aus einem dämpfenden Körper

aus gummiähnlichem Werkstoff besteht. Der dämpfende Körper

■^;: ist vom elastischen Körper völlig oder teilweise umschlossen

und muß daher den Bewegungen des letzteren zwangsweise folgen.

Er dämpft dabei die Schwingungen des elastischen Teiles des Motorlagers und zwar überraschenderweise wesentlich stärker, als es den Dämpfungsanteilen im Volumenverhältnis des dämpfenden zum elastischen Werkstoff entspricht. Durch die eingetretene Zwangsverformung des dämpfenden Werkstoffes, der einen höheren Verlustfaktor (tan 6) als der elastische Werkstoff des Federelementes und daher diesem gegenüber eine Phasenverschiebung aufweist, tritt eine Verzögerung der Schwingungsbewegung ein, welche die Dämpfung des ganzen Elementes zusätzlich erhöht. Hinzu kommt, daß die Isolierwirkung eines solchen Federelementes infolge des besonderen Dämpfungsverhaltens stark dämpfender Kautschuk- oder Kunstkautschukmischungen gegenüber einer Kombination aus Feder und Flüssigkeitsdämpfer bedeutend besser ist. Die Dämpfung stark dämpfender Kautschuk- und Kunstkautschukmischungen ist abhängig von der Verformungsgeschwindigkeit. Sie ist daher bei großen Amplituden wesentlich stärker als bei kleinen. Beim Überfahren von "Waschbrettern" oder ähnlicher Fremderregung tritt daher eine wesentlich höhere und hier erwünschte Dämpfung auf, als bei den kleinen Amplituden

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der vom Motor erregten überkritischen Schwingungen, für die eine Dämpfung unerwünscht ist. Der Dämpfungseffekt kann weiterhin dadurch gesteigert werden, daß der Dämpfungskörper in einer Mischung mit höherem Schubmodul hergestellt wird. Er ist auch bei seitlich wirkenden Kräften oder Stoßen wirksam.

Zur weiteren Vervollständigung der Neuerung ist vorgesehen, daß der aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehende Körper vor dem Einbau die Form eines Zylinders oder Prismas aufweist und nachträglich in eine Aussparung des fertig vulkanisierten Lagerelementes eingedrückt und dort befestigt wird. Da es oft schwierig ist, den Körper aus einem Werkstoff hoher Dämpfung mit dem elastischen Kautschuk in einem Arbeitsgang zu vulkanisieren, wird der erstere in einem gesonderten Vulkanisierverfahren hergestellt und kann, da er die Form eines Zylinders oder Prismas aufweist, leicht in die entsprechend ausgebildete Bohrung des fertigvulkanisierten Lagerelementes eingeführt werden. Eine schwache Neigung der Seitenwände des Dämpfungskörpers erleichtert die Einführung.

Besonders wichtig ist es für das neuerungsgemäße Motorlager, daß der aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehende Körper bei gleichem Querschnitt wie die Aufnahmebohrung vor dem Einpressen langer als die Aufnahmebohrung ist bzw. sein Volumen größer als das der Aufnahmebohrung ist. Bei dieser Ausführung wird der Dämpfungskörper beim Einbau

zusammengedrückt und wölbt sich, da das Material volumbeständig ist, seitlich aus. Schon nach wenigen Tagen hat der Dämpfungskörper infolge der starken Relaxation der verwendeten Mischungen die ausgewölbte Form spannungsfrei angenommen. Der umgebende hochelastische Kautschuk wird verdrängt und übt als Reaktionskraft Druckspannungen von allen Seiten auf den Dämpfungskörper aus, so daß ein ausreichender Kraftschluß zwischen beiden Elastomerkörpern erzielt wird. Der Dämpfungskörper muß sich daher bei Bewegungen des ganzen Motorlagers an jeder Stelle zwangsweise mitverformen, ohne daß ein Gleiten oder Reiben zwischen den beiden Elastomerkörpern auftreten kann. Ohne diese neue Maßnahme ist Abrieb und Zerstörung an den Grenzflächen der Elastomere zu erwarten.

Weiter ist es nach der Neuerung vorgesehen, daß der aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehende Körper an seinen Enden mit aufvulkanisierten Metallplatten versehen ist, die an den Metallteilen des Motorlagers befestigt sind. Die an den Enden des Dämpfungskörpers anvulkanisierten Metallplatten, die ihrerseits an den Metallteilen des Motorlagers befestigt sind, sorgen für eine klare und gleichmäßige Krafteinleitung in den Werkstoff hoher Dämpfung. Auch dies ist eine wichtige Ergänzung der Neuerung, weil nur eine volle Kraftaufnahme des Dämpfungsanteiles die volle Dämpfungswirkung bringt.

Bei einer anderen neuerungsgemäßen Ausführung unterteilen

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die dämpfenden Körper den elastischen Gummikörper in zwei oder mehr Schichten. Dies ist eine weitere Möglichkeit zum Einbringen des Dämpfungskörpers. Dieser wird von den freien Gummiseiten her eingeschoben und kann mittels angehafteter Metallteile befestigt werden.

Schließlich können die aus einem gummiähnlichen Werkstoff höherer Dämpfung bestehenden Körper unsymmetrisch zur mittleren Längsebene oder an der Außenseite angebracht sein. Bei diesem Aufbau ist der dämpfende Körper sehr einfach nachträglich einzubringen, da er beispielsweise von der Seite aufgesteckt werden kann. Besonders günstig ist diese Ausführung für Versuchsteile. Auch hier können die Anlageflächen zwischen elastischen und dämpfendem Körper mit Gummilösung oder Haftmittel kraftschlüssig verbunden werden.

Durch die Neuerung wird ein elastisches Lager mit einer parallelgeschalteten Dämpfung geschaffen, das wenig Aufwand und Kosten erfordert und platzsparend, dauerhaft sowie völlig wartungs- und verschleißfrei ist. Dabei ist die Dämpfung von der Verformungsgeschwindigkeit des Werkstoffes abhängig, so daß bei großen Amplituden eine höhere Dämpfung als bei kleinen auftritt. Schließlich ist es besonders vorteilhaft, daß die Dämpfung unabhängig von der Stoßrichtung ist und daß sie die Geräuschübertragung nicht begünstigt, wie es bei Flüssigkeitsschwingungsdämpfern unvermeidlich ist.

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Die Neuerung wird anhand von Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht, und zwar zeigen:

Fig. 1 den vertikalen Längsschnitt durch eine Hälfte eines auf Schub und Druck beanspruchten Motorlagers mit eingeführtem Dämpf ungselement ·,

Fig. 2 den vertikalen Längsschnitt durch die andere Hälfte des gleichen Motorlagers, jedoch mit einmontiertem, also zusammengedrückten und befestigten Dämpfungselement;

Fig. 3 die Draufsicht zu Fig. 1;

Fig. 4 die Draufsicht zu Fig. 3, teilweise im Horizontalschnitt;

Fig. 5 den vertikalen Längsschnitt durch eine Hälfte eines Motorlagers im fertig vulkanisierten, aber unmontierten Zustand;

Fig. 6 das Dämpfungselement für das Motorlager nach Fig. 5 im fertig vulkanisierten Zustand;

Fig. 7 den vertikalen Längsschnitt durch ein schubbeanspruchtes Motorlager mit einmontiertem Dämpfungselement ;

Fig. 8 den vertikalen Längsschnitt durch die andere Hälfte des schubbeanspruchten Motorlagers nach Fig. 7, jedoch in verformtem Zustand;

Fig. 9 die Seitenansicht der Hälfte eines symmetrisch aufgebauten, seitlich offenen schubdruckbeanspruchten Motorlagers;

Fig. 10 die Draufsicht zu Fig. 9 im Schnitt A-A-,

Fig. 11 ebenfalls die Seitenansicht der Hälfte eines 1

schubdruckbearispruchten Motorlagers mit einer I

ji weiteren Ausführung des Dämpfungsteiles und |

Fig. 12 die Draufsicht dazu im Schnitt B-B. I

Nach den Fig. 1 und 3 ist das innere keilförmige Metallteil 1 |

und d-as äußere trogförmige Metallteil 2 eines Motorlagers | durch die an beiden Seiten anvulkanisierten Gummikörper 3 aus I hochelastischem Kautschuk verbunden. Das innere Metallteil 1 | ist mit dem Gewindeloch 13 zur Befestigung der Motorpratze |

1 versehen. Die Bohrung 14 im äußeren Metallteil 2 dient zur g Befestigung am Fahrzeugrahmen. In Aussparungen des Gummi- |

körpers 3 und des Metallteiles 2 ist ein zylindrischer Stopfen {■

von außen eingeschoben, der aus dem stark dämpfenden Gummi- |;

körper 4 und den stirnseitig anvulkanisierten Metallplatten |

7 und 8 besteht, und dessen Seitenwände 5 einen Zylinder oder |

ein Prisma bilden. Die Seitenwände 5 können auch schwach |

konisch verlaufen. Die Metallplatte 8 greift in eine ent- |

sprechende Vertiefung des keilförmigen Metallteiles 1 ein. '?

Obwohl der Stopfen 4 die ganze Aussparung im Gummikörper 3 ,■.

ausfüllt, steht er an der Außenseite hervor. ^;''

Nach den Fig. 2 und 4 ist ein Stahlband 15 um das äußere Metallteil 2 des gleichen Motorlagers und die Metallteile 7
des Dämpfungskörpers gelegt. Durch Anziehen des Stahlbandes 15

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mittels des Spannschlosses 16 wird der Dämpfungskörper in die Aussparung eingedrückt, wobei sich die Seitenwände 5a des dämpfenden Gummikörpers 4a herauswölben und den elastischen Gummikörper 3a ebenfalls herausdrängen. Während die durch das Einpressen hervorgerufenen inneren Spannungen des dämpfenden Gummikörpers 4a schnell nachlassen, bleiben die im hochelastischen Gummikörper 3a infolge der Verformung entstandenen Spannungen erhalten und drücken ihn an den dämpfenden Gummikörper 4a an. Dadurch wird ein Reibungskraftschluß zwischen den Gummikörpern 3a und 4a erzielt, der bei Belastungen des gesamten Motorlagers und den dabei auftretenden Sehubverformungen des Gummis eine gute Schubkraftübertragung vom elastischen Gummikörper 3 bzw. 3a auf cen dämpfenden Gummikörper 4 bzw. 4a bewirkt.

Fig. 5 stellt nochmals die in Fig. 1 gezeigte Lagerhälfte nach der Vulkanisation dar. Sie zeigt die Aussparung 6, die zur Aufnahme des dämpfenden Gummikörpers 4 dient.

Fig. S zeigt den in die Aussparung einzuführenden Dämpfungskörper, der aus dem stark dämpfenden Gummikörper 4 und den anvulkanisierten Metallplatten 7 und 8 besteht. Dieses Teil ist länger als die Tiefe der Aussparung 6 nach Fig. 5. Das Volumen des dämpfenden Gummikörpers beträgt ca. 15 bis 30 % des gesamten Gummivolumens.

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Bei dem symmetrisch aufgebauten Motorlager nach Fig. 7 werden die Gummiteile bei Belastung nur auf Schub beansprucht. Das innere Metallteil 9 mit dem Gewindeloch 17 für den Motoranschluß ist durch den elastischen Gummikörper 11 und den dämpfenden Guromikörper 12 verbunden. Letztere ist mit stirnseitig anvulkanisierten Metallplatten 18, 19 versehen und wird durch eine Blechplatte 20 und Schrauben 21 im eingedrückten Zustand festgehalten.

In Fig. 8 ist die andere Hälfte des Motorlagers nach Fig. 7 unter vertikaler Belastung durch den Motor und unter einer daraus folgenden Schubverformung gezeigt. Der elastische Gummikörper lla und der dämpfende Gummikörper 12a sind um den gleichen Federweg auf Schub verformt.

Nach den Fig. 9 und 10 ist zwischen einem inneren keilförmigen Metallteil 26 und einem äußeren bügeiförmigen Metallteil 27 ein verformbarer Körper 2 2 einvulkanisiert, der von den Schichten 24 und 2 5 aus elastischem Gummi und den dazwischen liegenden Schichten 2 3 aus gummiähnlichem, dämpfendem Werkstoff, z.B. Kunstkautschuk, gebildet wird. Die Schichten 2 3 und 24, 25 sind schon vor der Vulkanisation zu einem Rohling vereinigt worden. Dazu kann an den Berührungsflächen ein Haftmittel verwendet werden.

Nach den Fig. 11 und 12 ist ein elastischer Gummikörper 33

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zwischen dem inneren Metallteil 2 8 und dem äuioeren Metallteil 29 einvulkanisiert. Der dämpfende Körper 24 ist mit den an ihn angehafteten Blechen 3 0 und 31 am inneren Metallteil 28 und am äußeren Metallteil 29 des Motorlagers befestigt.

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Claims

Schutzansprüche

1. Elastisches Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem zwei oder mehr gegeneinander bewegliche Metallteile durch einen oder mehrere auf Schub und/oder Druck beanspruchte Gummikörper miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der aus hochelastischem dämpfungsarmen Kautschuk bestehende Gummikörper (3, 11) eine oder mehrere annähernd lotrecht zu den begrenzenden Metallteilen (1, 2) verlaufende Aussparungen (6) besitzt, die durch Körper (4, 12) aus einem gummiähnlichen Werkstoff von hoher Dämpfung ausgefüllt sind.

2. Elastisches Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehende Körper (4, 12) vor dem Einbau die Form eines Zylinders oder Prismas aufweist und nachträglich in eine Aussparung (6) des fertig vulkanisierten Lagerelementes eingedrückt und dort befestigt wird.

3. Elastisches Motorlager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehende Körper U, 12) bei gleichem Quer-

schnitt wie die zu seiner Aufnahme dienende Aussparung (6) vor dem Einpressen langer als die Aussparung (6) ist bzw. sein Volumen größer als das der Aussparung (6) ist.

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4·. Elastisches Motorlager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehende Körper (4, 12) an seinen Enden mit aufvulkanisierten Metallplatten (7, 8 bzw. 18, 19) versehen ist, die an den Metallteilen (1, 2 bzw. 9, 10) des Motorlagers befestigt sind.

5. Elastisches Motorlager nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dämpfende Körper (23) den elastischen Gummikörper (22) in zwei oder mehr Schichten (24, 25) unterteilen.

6. Elastisches Motorlager nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem gummiähnlichen Werkstoff hoher Dämpfung bestehenden Körper (34) unsymmetrisch zur mittleren Längsebene oder an der Außenseite angebracht sind.